Aluminium 3203: Komposisi, Sifat, Panduan Temper & Aplikasi

Gambaran Menyeluruh

3203 adalah anggota dari seri 3xxx paduan aluminium, sebuah keluarga yang didefinisikan oleh mangan sebagai elemen paduan utama. Seri ini diklasifikasikan sebagai non-heat-treatable dan mendapatkan kekuatan utamanya melalui pengerasan solid-solution dan pengerasan kerja (strain hardening) daripada pengerasan presipitasi.

Elemen paduan utama dalam 3203 adalah mangan dengan tambahan terkontrol besi dan jejak elemen seperti tembaga, magnesium, krom, dan titanium untuk menyesuaikan kekuatan dan kemampuan pembentukan. Mekanisme pengerasan terutama adalah pengerasan kerja yang dipadukan dengan penguatan solid-solution dari Mn dan elemen minor; jalur pengerasan presipitasi T-temper konvensional memberikan penguatan tambahan yang sedikit pada paduan ini.

Ciri utama 3203 meliputi keseimbangan antara kekuatan sedang, ketahanan korosi yang baik di banyak lingkungan atmosfer dan korosi ringan, serta kemampuan bentuk yang sangat baik dalam kondisi annealed. Kemampuan las umumnya sangat baik untuk paduan Al-Mn, dan 3203 sering dipilih untuk aplikasi yang membutuhkan deep draw, pembentukan kompleks, atau rakitan las di mana paduan non-heat-treatable lebih disukai.

Industri tipikal yang menggunakan 3203 antara lain komponen lembaran otomotif, panel arsitektur, peralatan rumah tangga dan barang konsumen, serta beberapa subkomponen marine dan transportasi. Insinyur memilih 3203 dibanding aluminium komersial murni (untuk kekuatan lebih tinggi) atau paduan heat-treatable seri 6xxx/7xxx (untuk kemampuan bentuk dan kemampuan las yang lebih baik tanpa mengandalkan perlakuan panas), ketika dibutuhkan keseimbangan kemampuan bentuk dingin, kemampuan las, dan ketahanan korosi.

Varian Temper

Temper	Tingkat Kekuatan	Elongasi	Kemampuan Bentuk	Kemampuan Las	Catatan
O	Rendah	Tinggi (≥25%)	Excellent	Excellent	Fully annealed; ductilitas tertinggi untuk deep drawing
H14	Sedang-Tinggi	Rendah–Sedang (6–12%)	Baik	Baik	Half-hard cold-worked; umum untuk panel yang dibentuk
H18	Tinggi	Rendah (3–7%)	Terbatas	Baik	Full-hard cold-rolled; digunakan saat dibutuhkan kekakuan/kekuatan
H24	Sedang	Sedang (10–18%)	Baik	Baik	Kondisi strain-relieved; meningkatkan kemampuan bentuk setelah pengerjaan terbatas
T5 / T6 / T651	Tidak berlaku	Tidak berlaku	Tidak berlaku	Tidak berlaku	3203 adalah non-heat-treatable; temper T tidak menghasilkan penguatan presipitasi

Temper memiliki pengaruh utama terhadap performa mekanik 3203 karena paduan ini diperkuat terutama oleh pengerasan kerja dingin. Berpindah dari O ke seri H secara signifikan meningkatkan kekuatan luluh dan tarik sekaligus mengurangi elongasi dan jangkauan pembentukan.

Dalam praktiknya, perancang menentukan O untuk operasi pembentukan kompleks dan bagian yang membutuhkan tarik dalam, H14/H18 untuk produk jadi yang membutuhkan stabilitas dimensi dan kekakuan, dan H24 saat diinginkan kompromi antara kemampuan bentuk dan kekuatan sisa (setelah tempering).

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang %	Catatan
Si	0.10–0.40	Dikontrol untuk meminimalkan intermetallic yang menyebabkan pengerasan rapuh; silikon meningkatkan kemampuan pengecoran dalam konsentrasi lebih tinggi.
Fe	0.20–0.70	Tingkat impuritas tipikal; Fe tinggi membentuk partikel intermetallic yang dapat mempengaruhi hasil permukaan dan ductilitas.
Mn	0.6–1.5	Elemen paduan utama; menyumbang pengerasan solid-solution dan memperbaiki struktur butir.
Mg	0.05–0.25	Kontributor penguatan minor; terlalu banyak Mg dapat mengurangi ketahanan korosi.
Cu	0.05–0.25	Penambahan kecil meningkatkan kekuatan tapi bisa mengurangi ketahanan korosi dan kemampuan las jika berlebihan.
Zn	≤0.25	Dipertahankan rendah untuk menghindari pengerasan rapuh dan mempertahankan kemampuan bentuk serta ketahanan korosi.
Cr	0.03–0.20	Membantu mengontrol struktur butir dan meningkatkan kekuatan setelah pemrosesan termomekanis.
Ti	≤0.10	Grain refiner selama pengecoran/solidifikasi; membantu mikrostruktur halus.
Lainnya (masing-masing)	≤0.05	Meliputi elemen jejak seperti V, Zr; sisanya adalah aluminium (balance).

Tingkat mangan adalah pengatur utama penguatan pada paduan 3xxx, sementara besi dan silikon muncul sebagai residu yang memengaruhi pembentukan partikel dan kualitas permukaan. Cu dan Mg minor memberikan peningkatan kekuatan tambahan namun harus dikontrol agar kualitas ketahanan korosi dan perilaku fabrikasi tetap terjaga.

Sifat Mekanik

Perilaku tarik pada 3203 sangat bergantung pada temper: dalam kondisi annealed (O), paduan menunjukkan kekuatan luluh dan tarik relatif rendah dengan elongasi tinggi dan ketahanan necking yang sangat baik, sedangkan temper kerja dingin menghasilkan kekuatan luluh yang jauh lebih tinggi dengan penurunan ductilitas. Kekuatan luluh dan tarik akhir berbanding lurus dengan tingkat pengerasan kerja dingin dan dapat bervariasi signifikan dengan ketebalan material akibat gradien pengerasan sepanjang ketebalan.

Kekerasan mengikuti tren tarik dan merupakan indikator berguna untuk memperkirakan tingkat pengerasan kerja dingin saat fabrikasi. Performa kelelahan dipengaruhi oleh hasil permukaan, tegangan rata-rata tarik, dan keberadaan partikel intermetallic; permukaan yang dipersiapkan dengan baik dan detail desain konservatif dapat menghasilkan umur kelelahan yang kuat, sebanding dengan paduan seri 3xxx lainnya.

Ketebalan dan riwayat pemrosesan penting diperhatikan: ketebalan yang lebih tipis lebih mudah cold-roll hingga kekuatan tinggi dengan ductilitas rendah, sementara ketebalan lebih besar dapat mempertahankan lebih banyak ductilitas setelah jumlah pengerjaan dingin yang sama. Rakitan las dapat menunjukkan pelunakan lokal di zona terpengaruh panas (HAZ) untuk temper kerja dingin, yang harus diperhitungkan dalam desain struktural.

Properti	O/Annealed	Temper Utama (H14)	Catatan
Kekuatan Tarik	110–140 MPa	180–240 MPa	Rentang tipikal; nilai akhir tergantung ketebalan dan tingkat pengerjaan dingin.
Kekuatan Luluh	35–60 MPa	120–190 MPa	Kekuatan luluh meningkat secara signifikan dengan pengerjaan dingin; H14 umum digunakan untuk bagian yang dibentuk.
Elongasi	25–35%	6–12%	Ductilitas turun tajam dengan temper yang lebih tinggi; O dipakai untuk deep drawing.
Kekerasan (HB)	30–45 HB	60–95 HB	Kekerasan berkolerasi dengan temper dan memberikan respons cepat selama QC.

Sifat Fisik

Properti	Nilai	Catatan
Density	2.70 g/cm³	Tipikal untuk paduan aluminium-mangan; berguna untuk perhitungan massa.
Rentang Leleh	~600–650 °C	Solidus/liquidus sedikit bervariasi dengan komposisi; rentang sempit dibandingkan paduan cor.
Konduktivitas Termal	120–160 W/m·K (25 °C)	Sedikit di bawah aluminium murni karena paduan; baik untuk manajemen panas.
Konduktivitas Listrik	~30–45 % IACS	Lebih rendah dibanding aluminium murni; konduktivitas menurun dengan pengerjaan dingin.
Kalor Spesifik	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	Kalor spesifik aluminium tipikal yang digunakan dalam perhitungan termal.
Koefisien Ekspansi Termal	~23–24 µm/m·K (20–100 °C)	Koefisien ekspansi termal serupa dengan paduan aluminium lain; relevan untuk penggabungan dengan logam berbeda.

Kombinasi konduktivitas termal dan listrik yang relatif tinggi dengan densitas rendah membuat 3203 menarik untuk aplikasi termal sensitif berat di mana konduktivitas ekstrem tidak diperlukan. Nilai ekspansi dan konduktivitas termal harus digunakan saat merancang rakitan dengan material berbeda untuk menghindari tegangan sambungan atau mismatch termal.

Bentuk Produk

Bentuk	Ketebalan/Ukuran Umum	Perilaku Kekuatan	Temper Umum	Catatan
Plat Tipis (Sheet)	0.3–4.0 mm	Dikeraskan oleh pengerolan dingin; ketebalan lebih tipis mencapai temper yang lebih tinggi	O, H14, H24	Sangat umum digunakan untuk panel dan komponen berbentuk; dapat dilakukan deep draw dalam kondisi O.
Plat Tebal (Plate)	4–25+ mm	Kemampuan pengerjaan dingin terbatas pada bagian yang sangat tebal	O, H24	Digunakan untuk komponen struktur yang memerlukan ketebalan; formabilitas menurun dengan meningkatnya ketebalan.
Ekstrusi	Profil sampai 1000 mm	Sifat mekanik tergantung pada rasio ekstrusi dan pengerjaan dingin berikutnya	O, H12/H14	Profil ekstrusi untuk rangka arsitektur dan kanal.
Pipa (Tube)	Ketebalan dinding 0.5–6.0 mm	Kekuatan tergantung pada metode pembentukan (las sambungan vs seamless)	O, H14	Umum digunakan dalam sistem HVAC dan fluida bertekanan rendah.
Batang/Pilihan (Bar/Rod)	3–50 mm	Batang padat mempertahankan sifat kondisi annealed kecuali ditarik dingin	O, H18	Digunakan untuk komponen mesin, fastener, dan bahan baku pembentukan.

Perbedaan proses mempengaruhi keputusan aplikasi: plat tipis adalah yang paling umum dan menguntungkan dari proses gulungan, sedangkan plat tebal dan ekstrusi memerlukan siklus panas lebih lama dan pengerjaan dingin lebih sedikit. Rakitan las biasanya dimulai dari stok kondisi O atau H24, kemudian dapat dikerjakan dingin untuk toleransi dimensi akhir.

Kode Setara

Standar	Grade	Wilayah	Catatan
AA	3203	USA	Penamaan untuk paduan ini dalam sistem Aluminum Association.
EN AW	— (paling dekat EN AW-3003 / EN AW-3105)	Eropa	Tidak ada ekuivalen EN yang tepat; 3003/3105 adalah padanan komersial terdekat dalam komposisi dan perilaku.
JIS	A3003 (perkiraan)	Jepang	Standar Jepang biasanya tidak mencantumkan 3203 secara spesifik; A3003 secara komposisi mirip.
GB/T	seri 3xxx (paling dekat 3003)	China	Penamaan China meniru kimia umum paduan seri 3xxx; ekuivalen langsung 3203 jarang ditemui.

Perbedaan halus antar standar muncul dari batas impuritas yang diperbolehkan dan penambahan jejak seperti Cr atau Ti yang mempengaruhi struktur butir dan kemampuan pembentukan. Saat substitusi, engineer harus membandingkan rentang kimia bersertifikat, tabel sifat mekanik, dan temper dengan tepat; penggantian satu-ke-satu tidak selalu dapat diterima untuk aplikasi kritis.

Ketahanan Korosi

3203 menunjukkan ketahanan korosi atmosfer yang baik khas paduan Al-Mn, membentuk lapisan oksida yang stabil dan melekat yang melindungi substrat di banyak lingkungan perkotaan dan industri. Paduan ini tahan siklus basah/kering secara periodik dan finishing umum seperti anodizing meningkatkan tampilan dan perlindungan korosi.

Dalam lingkungan laut atau atmosfer dengan kadar klorida tinggi, 3203 tampil memadai untuk banyak aplikasi struktural dan non-struktural tetapi tidak sebaik paduan seri 5xxx yang mengandung magnesium tinggi dalam perendaman air garam yang berat. Pitting lokal dapat terjadi di permukaan terbuka apabila pelapis pelindung atau perlakuan anodik tidak diterapkan, dan sambungan las harus dilindungi agar terhindar dari korosi celah di sambungan.

Kerentanan terhadap stress corrosion cracking (SCC) rendah dibandingkan paduan heat-treatable kekuatan tinggi tertentu, namun perancang tetap harus meminimalkan tegangan sisa tarik dan konsentrator tegangan tajam pada komponen yang terpapar lingkungan agresif. Interaksi galvanik mengikuti aturan aluminium standar: hindari kontak langsung dengan logam mulia tanpa isolasi; gunakan anoda korban atau bahan isolasi saat dipadukan dengan baja atau tembaga untuk mencegah korosi yang dipercepat.

Sifat Fabrikasi

Kemudahan Las

3203 mudah dilas dengan proses fusi konvensional termasuk TIG (GTAW) dan MIG (GMAW), menghasilkan logam las yang duktile dan fusi yang baik bila pembersihan dan penyandingan sambungan dilakukan dengan benar. Logam pengisi umum adalah 4043 (Al-Si) dan 5356 (Al-Mg) tergantung kebutuhan duktibilitas dan ketahanan korosi, dengan 4043 sering dipilih untuk meminimalkan risiko retak panas. Risiko retak panas rendah pada paduan Al-Mn, tetapi perhatian pada desain sambungan, input panas, dan kontrol distorsi pasca las penting; temper yang dikerjakan dingin dapat mengalami pelunakan zona HAZ yang perlu diperhitungkan dalam desain struktur.

Kemudahan Mesin

Kemudahan mesin untuk 3203 sedang dan biasanya lebih buruk dibandingkan aluminium free-cutting dengan kandungan silikon tinggi; paduan ini dapat dikerjakan dengan alat cakram karbida dan setup kaku. Pendekatan yang direkomendasikan meliputi kecepatan potong lebih tinggi daripada baja tapi lebih rendah dari aluminium free-cutting, penggunaan pahat sudut positif secara ekstensif, serta pendinginan atau semburan udara berlimpah untuk mencegah tepi terbentuk dan serbuk pengolahan panjang. Hasil permukaan dan kontrol dimensi umumnya sangat baik bila serpihan terkendali dan keausan alat terjaga.

Formabilitas

Formabilitas sangat baik pada temper O dimana paduan mendukung proses deep draw, stretch forming, dan bending kompleks dengan retakan minimal. Untuk pembengkokan, radius minimum sisi dalam yang dianjurkan sekitar 1–2× ketebalan dalam kondisi O dan 3–4× ketebalan pada temper H14/H18 untuk menghindari retak. Springback sedang dan harus dikompensasi dalam desain peralatan; beberapa desain menggunakan anil menengah untuk mengembalikan duktibilitas setelah pengerjaan dingin berat.

Perilaku Perlakuan Panas

Sebagai paduan non-heat-treatable, 3203 tidak merespon perlakuan panas pelarutan dan aging seperti pada paduan 6xxx atau 7xxx; aging buatan menghasilkan pengerasan presipitasi yang hampir tidak ada. Upaya aging pada suhu temper T normal tidak akan menghasilkan peningkatan kekuatan signifikan seperti pada keluarga heat-treatable.

Anil (rekrystalisasi) dan siklus anil terkendali adalah perlakuan panas utama yang digunakan pada 3203 untuk mengembalikan duktibilitas setelah pengerjaan dingin. Suhu anil penuh tipikal di kisaran 350–415 °C dengan pendinginan terkendali untuk mencapai temper O; anil parsial dan siklus peluluhan tegangan digunakan untuk mencapai kondisi H24 atau strain-relieved tanpa melembutkan bahan sepenuhnya.

Performa Suhu Tinggi

3203 menunjukkan penurunan kekuatan progresif seiring kenaikan suhu; layanan jangka panjang di atas sekitar 100–150 °C akan menunjukkan penurunan terukur pada kekuatan luluh dan tarik. Paparan suhu tinggi jangka pendek hingga kira-kira 200 °C dapat ditoleransi untuk layanan berselang, tapi perancang harus mengantisipasi modul elastisitas menurun, efek creep, dan kemungkinan pemulihan mikrostruktur pada temper dikerjakan dingin.

Ketahanan oksidasi khas paduan aluminium: lapisan oksida tipis terbentuk cepat dan menghambat oksidasi lebih lanjut tetapi pengelupasan permukaan tidak menjadi masalah pada suhu yang relevan untuk sebagian besar aplikasi 3203. Zona HAZ las dan area yang dikerjakan dingin adalah zona paling sensitif suhu dan dapat mengalami pelunakan atau penurunan kemampuan mekanik bila